Das Projekt "Minerale mit Struktureinheiten höherer Bindungsvalenzen" untersucht die chemische Zusammensetzung, das Vorkommen, die Auflösung und das Kristallwachstum von komplexen, umweltrelevanten Mineralen. Die grundlegende Idee ist hierbei, die obengenannten Phänomene und Eigenschaften vom strukturellen Standpunkt aus zu beschreiben, da die strukturelle und chemische Komplexität dieser Minerale standard- thermodynamische Annäherungen nur begrenzt zulassen. Hierbei wird jede noch so komplexe Struktur eines Minerales in zwei Teile unterteilt:
Chemische Zusammensetzung und Vorkommen
Die chemische Zusammensetzung und das Vorkommen solcher Minerale wird mit Hilfe einer erweiterten Bindungsvalenztheorie beschrieben, die Frank Hawthorne von der Universität Manitoba, Kanada, und ich in den letzten Jahren entwickelt haben. Hierbei versuchen wir zu erklären, in wieweit strukturelle Parameter der Struktureinheit die chemische Zusammensetzung des interstitiellen Komplexes beeinflussen und in wieweit wir diese voraussagen können. Diese Annäherung gibt nicht nur einen Einblick in die Kombination chemischer Elemente in Mineralen, sondern kann auch helfen, geeignete umweltmineralogisch-relevante Minerale zu finden, die Schwermetallkationen in ihren interstitiellen Komplexen aufnehmen können. Weiterhin konnten wir ebenfalls zeigen, dass bestimmte strukturelle Parameter der Struktureinheiten auch Informationen über die Bildungsbedingungen der entsprechenden Minerale liefern können. An diesem Teil des Projekts arbeiten neben Frank Hawthorne und mir noch drei Diplomanden: Danielle Huminicki (Universität Manitoba), die sich mit Phosphatmineralen beschäftigt, Frank Eidam (Universität Münster), der sich mit Silikatmineralen beschäftigt und Petre Mandaliev (Universität Münster), der sich mit der Synthese von verschiedenen komplexen Mineralen beschäftigt. Sieben Publikationen sind insgesamt über die folgenden Mineralgruppen erschienen oder wurden eingereicht: Vanadiumminerale, Boratminerale, Sulfatminerale und Uranminerale. Im kommenden Jahr sollten die entsprechenden Artikel über Phosphat- und Silikatminerale eingereicht werden.
Auflösung und Kristallwachstum
Die Auflösung und das Kristallwachstum von komplexen Mineralen sind sehr stark von der Wechselwirkung zwischen den entspechenden interstitiellen Komplexen und den Struktureinheiten abhängig . Unsere strukturelle Annäherung kann hierbei keine absoluten Zahlen über die Löslichkeit eines Minerales liefern, sondern es kann nur die entsprechenden Auflösungs- und Kristallwachstumsphänomene erklären. Das Hauptinteresse gilt hierbei Uranmineralen, die aufgrund der toxischen und radioaktiven Eigenschaften des Urans eine große umwelt-mineralogische Relevanz besitzen. In diesem Projekt untersuchen wir mit Hilfe des Atomic-Force-Mikroskops (AFM) die Auflösung und das Kristallwachstum von Uranmineralen in wässrigen Lösungen bei unterschiedlichen Bedingungen; z.B. chemische Zusammensetzung, pH-Wert und Temperatur. Diese Untersuchungen sollen einen Einblick in die Wechselwirkung zwischen möglichen Grundwässern und den entsprechenden Uranmineralen geben. Erste Ergebnisse von Auflösungs- und Kristallwachstumserscheinungen konnten an Uranyloxidhydraten und Uranylkarbonaten gewonnen werden und können im nächsten Jahr publiziert werden. An diesem Projekt sind beteiligt mein Doktorand Andreas Mutter, Peter Burns von der Universität Notre-Dame, Uwe Kohlitsch von der Universität Wien sowie teilweise andere Mitarbeiter der Oberflächenarbeitsgruppe von Andrew Putnis, z.B. Carlos Pina, Christine Putnis und Andrew Putnis.
Dr. Michael Schindler Sprecher der DFG-Nachwuchsgruppe
